双极膜填充床电渗析技术应用试验

1、双极膜填充床电渗析技术应用试验双极膜由阴离子交换树脂层(AL) 、阳离子交换树脂层 (CL) 及中间界面亲水层组成，在直流电场作用下，它能将水直接离解成H+和OH-1。利用双极膜与其他阴、阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统，能够在不引入组分的情况下将水溶液中的盐转化和分离成相应的酸和碱，用此原理对混床离子交换树脂电再生的试验研究显示了良好的技术可行性 2，现将双极膜和填充床电渗析技术相结合，组装成三隔室 BPMEDI 装置，应用于复床离子交换树脂的电再生。1 原理将阳离子交换膜、双极膜、阴离子交换膜按一定的顺序排列，并在双极膜两侧分别填充阴、 阳两种离子交换树脂， 就组成了双极膜三隔室填充床

2、电渗析装置，其原理如图 1 所示。在一定电压下，双极膜能把水直接离解成 OH-和 H+。阴树脂室内，在电场作用下阴树脂对水中阴离子起到吸附传导作用， 使阴离子最终通过阴膜而进入浓水室，而双极膜对水离解产生的 OH-在其他阴离子解吸时被阴树脂吸附，从而使树脂又具有了吸附和传导阴离子的活性，即得到再生；同理在阳树脂室内，阳离子在电场作用下，通过阳树脂的吸附传递最终通过阳膜进入浓水室， 而双极膜对水离解产生的H+在其他阳离子解吸时被阳树脂吸附， 使树脂得到再生。 当所用原水含盐量较低时， 在一定的电压下 ( 大于装置极限电流的操作电压 ) ，双极膜以及阴、阳膜和树脂颗粒界面层都发生不同程度的极化，

3、而双极膜将更高效地将水离解为 H+和 OH-，使树脂室内的树脂得到更好的再生。2 试验装置与方法2.1 装置双极膜三隔室 EDI 装置如图 2 所示，为三级三段组装。 双极膜为上海化工厂特制；阴、阳离子交换膜采用上海化工厂生产的3361BW和 3362BW；离子交换树脂采用南开大学化工厂生产的0017 阳树脂和 2017 阴树脂；树脂室隔板为硬聚氯乙烯板，规格为400 mm 150 mm5 mm，加工成无回路暗道式进出水隔板，以便填充树脂；电极分别采用钛涂钌 ( 阳极 ) 和不锈钢板 ( 阴极 ) ；0100 V可控硅整流器； DDS11A 型电导仪； PHS2C 型酸度计。2.2方法在阴、阳

4、树脂室内装入已用化学法再生的阴、阳树脂，通以自来水使其失效，其流程是先经阳树脂室， 再进入阴树脂室， 每 510 min测定一次阴树脂室出水电导率，直到树脂失效。 试验以新树脂经三酸三碱处理后初次通水所得交换容量E0 为基准，而通电再生后树脂的交换容量为 E，E/E0 即为再生度。为了简化试验和计算，先确定树脂再生目标值，再取相同条件下树脂的失效时间T 与新树脂失效时间T0 进行比较。3 试验结果与分析首先进行新树脂的失效试验，原水电导率为 550 s/cm，水量为 50 L/h ，水温为 16 ，试验结果见图 3。以出水电导率 90 s/cm 视为失效，处理时间 (T0) 为 80 min

5、。以下试验以出水电导率90 s/cm 为再生目标值。3.1操作电压与电流的关系原水为经电渗析预处理的水，电导率为20 s/cm，水温为16 ，各室流量为 5 L/h ，以 10V 为一档，从 0100 V 逐步升高操作电压，测定不同电压时的电流强度，结果如图4 所示。图 4 表明，当操作电压 30 V 时，电流随电压升高增长较慢，说明此时电压还不足以使双极膜发生水的离解；当电压 30 V 时，电流随电压的升高增长较快，表明此时已有水分子离解为 H+和 OH-来充当传递电流的介质， 同时浓水室出水电导率急剧增大。 在运行过程中，随电压升高，阳树脂室 pH值有所降低 ( 由 5.27 降至 4.0

6、1) ，阴树脂室出水 pH值有所升高 ( 由 5.98 升至 7.81) ，这说明随着操作电压的升高，双极膜对水的解离作用增强。浓水室与极水室 pH值变化不大，在 4.72 5.69 范围内。3.2 电压对再生效果的影响确定通电时间为50 min 。试验过程中，浓水室的水直接排放，其他室的水回用。测定不同操作电压下的再生效果如图5 所示。由图 5 可以看出，电压 20 V 时几乎无再生效果，当电压增加到 40 V 时有明显的再生效果，电压为 60 V 时的失效时间已接近化学再生的失效时间，电压为 80 V 以后变化不大，说明操作电压需增高到某一值，使水离解产生足够的+-H和 OH离子，才可对树

7、脂进行较彻底的再生，此试验装置再生电压设定为60 V 为宜。3.3 通电时间对再生效果的影响以 60 V为操作电压，分别测定不同通电时间的再生效果，结果如图 6 所示。图 6 表明通电时间越长， 再生效果越好。 通电时间在 2060 min之间，与失效时间几乎成线性关系；通电时间60 min 以后失效时间变化趋于平缓，表明再生时间设定为60 min为宜。3.4 其他因素对再生效果的影响-树脂室内水流的流速大小直接影响水离解产生的H+和 OH与树脂的接触时间，从而影响再生效果。流速越小，水离解产生的 H+和OH-与树脂的接触时间越长，越有利于树脂再生；但流速过小又不利于盐类离子向浓水室的迁移，

8、且室内产生一定的紊流有利于树脂的再生，因此有一个最佳的流速， 据混床离子交换树脂电再生的试验结果 2，以 0.5 1.0 cm/s 为宜。再生用水的水质越好， 越有利于再生。 试验采用电渗析预处理水达到了预期效果， 在生产上采用离子交换树脂除盐即可满足再生用水要求。进水水温升高，水的粘度会降低，溶液的电导率增加，有利于离子的迁移，也利于树脂再生； 但过高的温度会损害离子交换膜和树脂，同时水温的升高也会增加再生费用。因此，若有废热可利用，在膜和树脂允许的温度范围内，可适当升高进水水温。4 结论将双极膜 (BPM)和填充电渗析 (EDI) 技术相结合应用于离子交换树脂的电再生，在技术上是可行的；再

9、生电压是十分关键的参数，再生时间、水流流速、水质、水温对再生效果也有一定的影响；当再生电压为 60 V、再生时间为 60 min 时，该装置的再生效果接近化学再生的效果。双氧水生产污水的处理蒽醌法生产双氧水是在触媒存在下，将溶于有机溶剂中的烷基蒽醌氢化，得到相应的烷基氢蒽醌，后者再经氧化，一部分生成 H2O2，另一部分变回烷基蒽醌，生成的 H2O2 用纯水萃取，即得 H2O2 产品，萃余的烷基蒽醌溶液经处理后，重新进行氢化，如此循环不已。该法主要反应如下：上述过程中消耗的原料是氢、氧（可来自空气）和水，而其他原料消耗多是机械损失或随产品、三废等带出，定期补加即可。1 废水来源蒽醌法双氧水生产排

10、放的污水主要包括三部分， 其一是工作液洗水，主要有害物质为芳烃、 2乙基蒽醌和磷酸三辛酯；其二是氢化塔触媒再生时水蒸气冷凝水等混合废水， 其中夹带少量上述三种污染物；其三是浓缩工段排放的蒸发残液。 40000 t/a （以27.5 H2O2 计，以下同）蒽醌法双氧水生产装置日排放废水量为1015 t 。污水的颜色为浅橙色， pH值为 57，COD为 50007000 mg/L，有较浓的芳烃气味。2 污水处理工艺2.1工艺流程如图 1 所示，来自装置的化学污水进入污水池， 由泵打入反应釜，在釜中加入一定量的硫酸亚铁、 双氧水，而后加入石灰乳、 絮凝剂等，经沉淀分离，合格的污水即可排放，污泥经过滤

11、脱水后可作回填土用。2.2处理机理采用双氧水催化氧化絮凝法处理双氧水生产废水的机理是在污水中加入双氧水、二价铁盐，在酸性情况下，二价铁盐催化分解双氧水，使之生成游离 OH，OH具有极强的氧化能力，可将污水中的少量芳烃、磷酸三辛酯、 2乙基蒽醌等污染物氧化处理掉，再加入石灰乳调节该污水的 pH值，使之生成 Fe(OH)3 沉淀，经絮凝分离即可达到净化污水的目的。2.3污水处理前后水质状况详见表 1。表 1 污水处理前后水质指标处理前水质处理后国家标分析项目工作液洗混合废水蒸发液水质准水体COD/(mgL-1)50005008128010070001500104H2O2/%0.8 1.0 0.62

12、00pH671057869外观乳白色浅黄色浅黄色无色、透明气味有芳烃气 有芳烃气 有芳烃无味味味气味由表中数据可知，经双氧水催化氧化絮凝法处理的污水可达到国家排放标准。国内外经化工部黎明化工研究院转让缉拿里几十套蒽醌法双氧水装置其污水处理经采用上述方法，并都取得了满意的效果。3 技术经济指标用双氧水催化氧化絮凝法处理装置产生的污水，具有流程简单、设备投资低等特点， 另外使用的双氧水还可来源于浓缩装置的蒸发残液，该残液虽为废水， 但其自身含有一定量的双氧水 （约 20），混入其它污水后， 可减少处理用的双氧水用量。 装置排出的少量废双氧水也可用来处理污水，得到以废治废结果，具有很好的经济效益。双

13、氧水处理完污水中的有机物后，自身分解为 H2O和 O2，对环境不产生第二次污染，处理 1 t 污水所需原辅助材料的消耗见表 2。表 2生产废水处理单耗名称消耗量FeSO4/kg3.0H2SO4/kg0.3HO/kg2.022石灰粉 /kg4.0阴离子絮凝剂 /kg3.0阳离子絮凝剂 /kg0.3电/kWh2.0水/t4.04 双氧水在污水处理中的应用4.1双氧水用于处理污水的范围双氧水几乎可用来处理所有污水，包括无机污水、有机污水。重点用于处理有毒污水，如硫化物、氰化物、酚类化合物、肼类、亚硝酸盐、有毒重金属等。另外双氧水还用于提高生化法处理废水的能力，可防止污泥膨胀。4.2双氧水处理污水的应用及展望国外用双氧